Да ли величина честица металног праха утиче на квалитет штампе калупа?

一, Начин на који величина честица утиче на квалитет штампе: синергијски ефекат на више начина
1. Пудер се равномерно распоређује: Густина слоја праха се заснива на величини честица.
Први корак у металном 3Д штампању је дистрибуција праха, а то колико је равномерно директно утиче на почетни квалитет калупа. Честице праха које су мале (мање од 15 μм) имају тенденцију да се држе заједно јер имају велику површинску енергију. Ово може изазвати шупљине или грудвице у слоју праха. С друге стране, ако су честице превелике (више од 53 μм), могу добро да тече, али ограничавају минималну дебљину слоја, што отежава прављење финих карактеристика као што су структуре са танким{6}}зидовима. На пример, када се користи прах од нерђајућег челика 316Л са честицама величине од 15 до 45 μм у СЛМ процесу, дебљина слоја праха може да се задржи између 30 и 50 μм, а густина слоја праха може да достигне 99,2%. Али како величина честица прелази овај опсег, порозност се много повећава.
Разумност расподеле величина честица је једнако важна. Коришћење бимодалне дистрибуције (мешање грубих и финих честица) помаже у побољшању густине паковања праха. Фине честице попуњавају простор између грубих честица, што повећава густину лабавог паковања за 10% до 15%. Ово смањује унутрашње недостатке у калупу. Побољшањем односа величине честица праха Ти6Ал4В (Д50=35 μм, Д90=50 μм), одређена авио компанија је повећала густину калупа лопатица турбине са 98,5% на 99,7% и век трајања замора за 20%.
2. Стабилност базена: равнотежа између величине честица и апсорпције енергије која се мења током времена
Растопљени базен је главни део где се метални прах топи, а његова стабилност зависи од тога колико добро прах апсорбује енергију ласерског/електронског снопа. ситне честице имају велику специфичну површину и брзу апсорпцију топлоте. Међутим, сувише сићушни пудери (нпр<10 μ m) can splash because to thermal stress concentration, which can cause porosity or incomplete fusing flaws. To thoroughly melt coarse particles, you need more energy, and not enough energy can make the layers stick together poorly. For instance, when printing with AlSi10Mg aluminum alloy, powders with a particle size of 20–50 μ m may make a stable melt pool at a laser power of 200W. However, when the particle size is>60 μм, стопа парцијалних дефеката фузије иде до 15%.
Неравномерна дистрибуција величине честица такође може проузроковати неједнакост у проводљивости топлоте у одређеним областима, што може допринети концентрацији заосталог напрезања. Студија је открила да коришћење Инцонел 718 праха са широком дистрибуцијом величине честица (10–100 μм) за штампање калупа повећава преостали напон за 30% у поређењу са ограниченом дистрибуцијом (20–50 μм). Ово чини ризик од деформације савијања много већи.
3. Квалитет и тачност површине: директна контрола величине честица на храпавости
Храпавост површине калупа је добар начин да се каже колико добро иде штампа, јер је директно пропорционална величини честица праха. Што су честице мање, то је површина глаткија. Међутим, ако је прах превише фин, не тече добро и може изазвати неравномерно ширење праха, што чини површину грубљом. На пример, ако користите калупе за штампање у праху 316Л са Д50 од 25 μм, можете задржати храпавост површине Ра унутар 8 μм. Али ако користите прах са Д50 од 15 μм, вредност Ра ће бити већа од 15 μм јер се честице лепе заједно.
Када бирате величину честица за сложене структурне калупе (као што су конформни канали за хлађење), морате пронаћи компромис између тачности и лакоће употребе. Једна компанија која производи калупе за аутомобиле успела је да направи прецизне облике са минималним отвором од 0,5 мм коришћењем мартензитног остарелог челичног праха величине честица од 30–60 μм. Такође су се побринули да храпавост Ра унутрашњег зида пловног пута буде мања или једнака 10 μм.
2, Адаптација величине честица уобичајених процеса: различите потребе за СЛМ и ЕБМ
1. СЛМ процес: комбинација мале величине честица и високе тачности
СЛМ техника користи ласер као извор енергије, а пречник концентрисане тачке је обично између 50 и 100 μм. Дакле, морате да изаберете ситно-зрнати прах (15–53 μм) који одговара величини тачке. Фине честице могу брзо да апсорбују ласерску енергију и створе хомогену талину, али се количина кисеоника мора одржавати испод 150 ппм да би се избегле инклузије оксида. На пример, када се праве калупи за ортопедске имплантате од легуре титанијума, ТЦ4 прах са величином честица од 20–45 μм и нивоом кисеоника од 80 ппм може да испуни високе-стандарде прецизности толеранције отвора ± 0,02 мм и храпавости површине Ра < 5 μм.
2. ЕБМ процес: пронађите компромис између велике величине честица и високе ефикасности.
ЕБМ метода користи електронски сноп као извор енергије. Његова својства расподеле густине енергије су боља за топљење крупних честица (53–150 μм). Грубе честице могу смањити број слојева праха, учинити штампање бржим и смањити преостали напон. Када одређена компанија за ваздухопловне моторе користи ЕБМ за израду калупа за турбинске дискове од високотемпературне легуре на бази никла-базираних-, она бира прах са честицама величине од 60 до 105 μм. Деформација савијања се одржава у границама од 0,1 мм при температури предгревања од 700 степени, а брзина штампања је три пута већа од СЛМ.
3. ЛЕНС процес: усклађивање величине честица и стабилности храњења праха
Техника ЛЕНС (Ласер Неар Цлеан Форминг) користи коаксијални приступ храњењу праха. Да би се обезбедило стабилно пуњење праха, мора се изабрати груби прах са величином честица од 105 до 180 μм. Грубе честице могу помоћи да се цев за довод праха не зачепи, али брзина скенирања (600–1000 мм/с) треба да се подеси на прави ниво да би се избегле непотпуне грешке у фузији. Посебна компанија за поправку калупа користила је ЛЕНС технологију да поправи- калупе за ливење под притиском, користећи Х13 челични прах са честицама величине 120–150 μм. Са снагом ласера ​​од 1000 В и брзином скенирања од 800 мм/с, утврђено је да је металуршка снага везивања између слоја за поправку и подлоге најмање 400 МПа.
3,Стратегија за оптимизацију величине честица: потпуна контрола процеса од припреме до пост{1}}третмана
1. Припрема праха: избор између аеросолизације и ПРЕП технологије
Гасна атомизација (ГА) је сада најчешћи начин за прављење праха јер је јефтин и добро функционише. Међутим, често прави сателитски прах (мале честице које се лепе за површину већих честица) и шупљи прах, што умањује квалитет штампе. Процес атомизације плазма ротирајућих електрода (ПРЕП) може да направи-квалитетне прахове са сферичности већом од 98% и садржајем сателитског праха мањим од 0,5% топљењем метала помоћу -брзинских ротирајућих електрода. Међутим, опрема је скупа. Врхунски{8}}произвођач калупа је побољшао век трајања замора праха од 316Л направљеног помоћу ПРЕП процеса са 100.000 циклуса на 500.000 циклуса.
2. Скрининг према величини честица: двостепени преглед и оптимизација градације
Двостепено просејавање (као што су сита од 30 μм и 53 μм) се може користити за добијање праха са уском дистрибуцијом величине честица. Ово зауставља неравномерно ширење праха које се дешава када се крупне и мале честице помешају. Комбиновањем прахова са различитим величинама честица, можете побољшати оцењивање повећањем насипне густине. Мешање 20% финог праха од 10–20 μм са 80% грубог праха од 30–50 μм, на пример, може повећати запреминску густину са 4,2 г/цм³ на 4,8г/цм³.
3. После третмана: вруће изостатичко пресовање и полирање површине
Вруће изостатичко пресовање (ХИП) може попунити рупе у калупима и повећати густину на више од 99,9%. Према студији, отпорност на замор калупа Ти6Ал4В који су третирани ХИП-ом је 40% већа од отпорности калупа који нису третирани. Полирање површине може је учинити још глаткијом. На пример, технологија електролитичког полирања може да смањи храпавост површине калупа са Ра10 μм на Ра0,2 μм, што је довољно добро за врхунске оптичке калупе и друге намене.